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«Stehen und gehen – das gehört zum Menschen»
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«Stehen und gehen – das gehört zum Menschen»

STZ, März 2020 - Zwar sind die meisten von ihnen noch im experimentellen Stadium, doch Exoskelette wecken Hoffnungen bei Menschen mit Querschnittlähmungen und schweren Gehbehinderungen. Erste kommerzielle Geräte sind bereits auf dem Markt, und auch Schweizer Unternehmen mischen mit.

Vorschau «Es ist ein riesiger Krampf mit den Exoskeletten.» Das Zwischenfazit, das SRF-Kommentator Tobias Müller vor vier Jahren nach der Qualifikationsrunde des Cybathlon 2016 in der Swiss Arena in Kloten zog, war wenig ermutigend. Und in der Tat, keiner der Teilnehmer hatte es geschafft, alle Hindernisse des Parcours fehlerfrei zu bewältigen. Schon die erste Aufgabe – Aufstehen aus einem hinterhältig weichen Sessel – hatte einige Teilnehmer mit ihren computergesteuerten Gehapparaten an die Grenzen gebracht.

Im Finale sah es nicht viel besser aus: Silke Pan, unterwegs mit einem an der EPF Lausanne entwickelten nur 16 kg schweren Exoskelett, brauchte mehrere Versuche, um aus dem Sessel aufzustehen. Sie schaffte den Parcours ebenso wenig innerhalb des Zeitlimits wie der Koreaner Byeongwook Kim, der mehrmals von seinen Helfern vor dem Sturz bewahrt werden musste. Besser lief es bei Andre van Rüschen mit seinem Exoskelett «ReWalk». Mit einer Fernbedienung, die aussah wie eine Armbanduhr, gab er dem Gehroboter Kommandos. Hinsetzen, aufstehen – kein Problem. Auch über die Rampe ging es zügig. Doch an den in wechselnden Abständen platzierten Steinen, über die die Teilnehmer balancieren sollten, lief van Rüschen direkt vorbei. Zeitverschwendung. Das hatte schon in der Quali nicht geklappt. Über eine seitlich geneigte Ebene ging der ReWalk dann wieder souverän. Van Rüschens härtester Konkurrent Mark Clayton Daniel, dessen übergewichtig wirkendes Exoskelett in einem Non-Profit- Projekt in Florida entstand, liess dagegen dieses Hindernis aus. Gleichstand. Die Entscheidung brachte eine Treppe, die Clayton Daniel rückwärts hinuntergehen musste. Zweimal umdrehen, das kostete Zeit, und von Rüschen sicherte sich den Sieg mit wenigen Sekunden Vorsprung vor Clayton Daniel.   Kein Wunder, das Andre van Rüschen nach seinem Cybathlon ein anderes Fazit zog als Fernsehmoderator Müller: «Stehen und gehen, das gehört einfach zum Menschen dazu», sagte der Deutsche. Und einen Satz, der nachdenklich macht: «Man wird auch wieder akzeptiert bei den Leuten.»  

Augenhöhe ebenso wichtig wie Mobilität

«ReWalk bietet gelähmten Menschen die Möglichkeit,
zu stehen und zu gehen,
jemandem in die Augen zu schauen,
sich zu umarmen und umarmt zu werden.»

Jeff Dykan, Rewalk Robotics

«Dies sind einfache Handlungen, von denen viele unserer ReWalker dachten, dass sie nie wieder dazu in der Lage sein würden», sagt auch Jeff Dykan, Chairman des israelischen Unternehmens Rewalk Robotics, das die Gehmaschine herstellt. Das ReWalk ist das erste von der amerikanischen Gesundheitsbehörde FDA zugelassene Exoskelett für Querschnittgelähmte. Im November vergangenen Jahres absolvierte Theresa Vereline, eine ehemalige US-Soldatin, damit den New York City Marathon. Sie benötigte für die 42,195 km lange Strecke etwas mehr als drei Tage. In Deutschland übernimmt die gesetzliche Krankenkasse unter bestimmten Voraussetzungen die Kosten für das rund 70 000 Franken teure Hilfsmittel.  

 

Bewegung mit Schweizer Motoren

Der ReWalk-Nutzer steuert die Bewegung durch kleine Veränderungen des Schwerpunkts. Eine Vorwärtsneigung des Oberkörpers wird vom System erfasst, das den ersten Schritt einleitet. Durch wiederholtes Verschieben des Körpers wird eine Schrittfolge erzeugt, die einen funktionalen, natürlichen Gang der Beine nachahmt. Auch Schweizer Technologie steckt im ReWalk. Die Motoren, die Knie und Hüfte bewegen, stammen von Maxon aus Sachseln. Die bürstenbehafteten RE40-Gleichstrommotoren mit Planetengetriebe sind mit Keramikkomponenten gefertigt und dadurch für eine Betriebsdauer von bis zu fünf Jahren oder einer Million Schritten ausgelegt.

Neben dem ReWalk gibt es eine Reihe weiterer kommerziell verfügbarer Exoskelette für Menschen mit Behinderungen. Die meisten der Geräte sind allerdings nicht dazu gedacht, Gelähmten das Stehen und Gehen zu ermöglichen. Sie unterstützen Menschen mit weniger schwerwiegenden Einschränkungen, beispielsweise Gelenkschäden, oder sind für den Einsatz in der Rehabilitation vorgesehen, etwa nach Schlaganfällen.   In die letztgenannte Kategorie fallen auch die Roboter der Firma Hocoma aus Volketswil. Bereits seit Anfang des Jahrtausends vertreibt das ETH-Spin-off beispielsweise den Lokomat, ein stationäres Exoskelett, das in der Rehabilitation der unteren Extremitäten zum Einsatz kommt, beispielsweise nach Schlaganfall, Rückenmarksverletzung, Zerebralparese (Bewegungsstörungen durch Hirnschädigung) und Multipler Sklerose.

Das Zürcher Unternehmen MyoSwiss, ein weiteres Spin-off der ETH, hat ebenfalls eine robotische Bewegungshilfe entwickelt: den MyoSuit. Als «Exomuskel» bietet der Anzug Menschen mit Mobilitätseinschränkungen Kraft und Stabilität wie eine zusätzliche Muskelschicht. Tätigkeiten wie Treppen hinauf- oder herabsteigen, von einem Stuhl aufstehen oder das Zurücklegen längerer Strecken werden wieder möglich, verspricht der Hersteller. Der MyoSuit kombiniert Roboter- mit Textiltechnologie. Er kann als Trainingsgerät in der Rehabilitations- und Physiotherapie für Menschen mit Mobilitätseinschränkungen eingesetzt werden. Genau wie das ReWalk-Exoskelett ist auch der MyoSuit bereits    marathonerprobt: Lorenz Schwärzler und Michael Hagmann haben damit im vergangenen Jahr am Zürich Marathon teilgenommen und dabei eine Teilstrecke von fünf Kilometern absolviert. Beide leiden an unterschiedlichen Mobilitätseinschränkungen. Hagmann hat eine Muskeldystrophie, Schwärzler eine inkomplette Querschnittlähmung.

«Das Gehen erfordert weniger Kraft,
aber man muss sich trotzdem ziemlich stark konzentrieren,
um den Körper aufrecht zu halten.»

Silke Pan, Team TWIICE

Cybathlon 2020 mit zwei Schweizer Exoskeletten

Vier Jahre nach der Erstauflage des Wettbewerbs gehen erneut zwei Schweizer Teams an den Start des Exoskelett-Rennens beim Cybathlon 2020 im Mai: das Team «Varileg enhanced » der ETH Zürich und der Hochschule Rapperswil sowie das Team «TWIICE» der EPF Lausanne. Varileg enhanced, ein Team aus 15 Bachelorstudenten der ETH Zürich und der HSR, stellte in nur acht Monaten ein Exoskelett auf die Beine. Inzwischen besteht das Team nicht mehr aus den Studenten. Nach dem Rollout im Mai 2019 übergaben sie das Exoskelett an das Rehabilitation Engineering Lab sowie die Gruppe für Produktentwicklung der ETH Zürich und das Institut für Laborautomation und Mechatronik an der HSR. Dabei waren die Studenten darauf bedacht, das Exoskelett und das Wissen dahinter so zu übergeben, dass die Forscher nahtlos daran weiterarbeiten konnten. Das Rennexoskelett Varileg enhanced ist speziell für die Hindernisse des Cybathlon 2020 konzipiert. Dafür wurden die Bewegungsabläufe einer gehenden Person auf den Hindernissen aufgezeichnet, und anschliessend wurde die Software entsprechend programmiert. Auch die Fussgelenke kann das Exoskelett bewegen.

 

VorschauDas Team der EPFL geht beim Cybathlon 2020 mit «TWIICE One», einer neuen Version seines Exoskeletts TWIICE, an den Start. Im Gegensatz zum Varileg enhanced wurde TWIICE One nicht speziell im Hinblick auf den Cybathlon konstruiert. Das Forscherteam der EPFL will sein Exoskelett weiterentwickeln und mit einem Start-up vermarkten. TWIICE One ist schmaler und effizienter als die Vorgängerversion. Und das neue Modell gibt seinen Trägern mehr Unabhängigkeit, denn sie können das Exoskelett nun selbst an- und ablegen. Wie die Vorgängerversion verfügt TWIICE One über zwei Elektromotoren an jedem Bein, die es den Nutzern ermöglichen, ihre Hüft- und Kniegelenke zu bewegen. Bei der neuen Konstruktion sind die Antriebe in die Struktur integriert. Das neue Design verfügt über doppelt so viel Drehmoment wie das alte, ist dabei nur halb so voluminös. Das Gewicht von 16 kg entspricht dem Vorgängermodell und auch die Batterielaufzeit ist mit 3,5 Stunden die gleiche. Eine Steuervorrichtung in einer der Krücken ermöglicht es den Anwendern, zwischen drei Gehgeschwindigkeiten zu wählen und Treppen hinauf- und hinabzusteigen. «Das Gehen erfordert weniger Kraft, aber man muss sich trotzdem ziemlich stark konzentrieren, um den Körper aufrecht zu halten », berichtet Silke Pan. Die ehemalige Akrobatin, die nach einem Trapezunfall querschnittgelähmt ist, wird das Exoskelett beim Cybathlon 2020 pilotieren.

Autor: Hendrik Thielemann
Bildquelle: EPFL
Artikel aus der STZ: Ausgabe März 2020

 

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